钢结构焊缝计算方法-钢结构

对接焊缝分为焊透对接焊缝和部分焊透对接焊缝两种。本节只叙述焊透对接焊缝的计算。

对接焊缝的强度与钢材的牌号、焊条型号及焊缝质量的检验标准等因素有关。如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是高于母材的。但由于焊接技术等问题，焊缝中可能有裂纹、气孔、夹渣、咬边等缺陷。实验表明，焊接缺陷对承受压力、剪力的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪时对接焊缝与母材等强度，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。当缺陷面积超过焊件截面面积的5%时，对接焊缝的抗拉强度明显下降。由于三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故取其抗拉强度为母材强度的85%，而一、二级检验焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。

3.4.2.1　受轴心力的对接焊缝强度计算

对接焊缝在垂直于焊缝长度方向的轴心拉力（或压力）作用下见图3.33（a），焊缝强度应满足

式中　N——轴心拉力或压力设计值；

lw——焊缝的计算长度，有引弧板时取焊缝实际长度，无引弧板时取实际长度减2tmin；

t——在对接接头中取较薄板件厚度，在T形接头中取腹板厚度；

（或）——对接焊缝的抗拉（压）强度设计值（见附表1.2）。

由于一、二级检验的焊缝和三级检验的抗压焊缝与母材等强度，只要母材强度满足设计要求，则焊缝强度同样满足要求。故只有三级检验的直焊缝受拉时才需按式（3.23）进行抗拉强度的计算。计算不满足要求时，首先考虑把直焊缝移到拉应力较小的部位使σ≤，不便移动时可改用三级检验的斜焊缝见图3.33（b）或二级检验的直焊缝。斜焊缝一般作成tanθ≤1.5，即θ≤56.3°，则强度不低于母材而不必计算。

图3.33　对接焊缝受轴心力

【例3.6】 验算图3.33所示连接中对接焊缝的强度。图中a＝500mm，t＝20mm，轴心力的设计值为N＝2000k N。钢材为Q235B，手工焊，E43型焊条，三级检验标准，施焊时加引弧板。

解:由附表1.2知，fwt＝175N/mm2，对接焊缝的计算长度lw＝500mm，焊缝的正应力为

不满足要求。改用三级检验的斜焊缝，取tanθ＝1.5，或改用二级检验的直焊缝。

3.4.2.2　承受弯矩、剪力共同作用的对接焊缝计算

图3.34（a）所示为钢板对接接头，承受弯矩、剪力的共同作用，其正应力σ与剪应力τ按下式计算

式中　Ww——焊缝的截面模量；

Sw——焊缝的半个截面对中和轴的面积矩；

Iw——焊缝截面惯性矩；

——对接焊缝的抗剪强度设计值（见附表1.2）。

图3.34　对接焊缝承受弯距和剪力联合作用

图3.34（b）所示为对称工字形截面梁的直焊缝拼接，承受弯矩和剪力的共同作用，除应计算截面的最大正应力σmax和最大剪应力τmax外，还应计算腹板端部1处的折算应力(www.xing528.com)

式中　h——梁高；

h0——腹板高度；

t——腹板厚度；

σ1、τ1——验算点1处焊缝的正应力、剪应力；

Sw1——一个翼缘对中和轴的面积矩；

1.1——考虑到最大折算应力只在局部出现，离此位置则迅速减小，故将焊缝的强度设计值提高10%。

3.4.2.3　承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算

对接焊缝承受轴心力、弯矩和剪力共同作用时，焊缝的最大正应力应为轴心力和弯矩引起的应力之和，剪应力按式（3.29）计算，折算应力按式（3.30）计算。

【例3.7】 验算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度（图3.35）。F＝500k N（设计值），偏心距e＝400mm。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。焊缝为三级检验标准。施焊时采用引弧板。

图3.35　例3.7题

解:对接焊缝计算截面的惯性矩为

对接焊缝承受的弯矩为

M＝Fe＝500×0.4＝200（k N·m）

最大正应力为

对接焊缝承受的剪力为

V＝F＝500k N

最大剪应力为

上翼缘与腹板交接处“1”点的折算应力为